Физики описали новый финал черных дыр: испарение может затянуться на космические эпохи

Черные дыры — одни из самых загадочных объектов во Вселенной. Согласно общепринятой модели, они постепенно теряют массу благодаря излучению Хокинга и в конце концов исчезают. Но этот процесс порождает знаменитый информационный парадокс: квантовая механика требует, чтобы информация не уничтожалась, а тепловое излучение, на первый взгляд, не содержит сведений о том, что когда-то попало внутрь.

Авторы новой работы попытались примирить эти противоречия. Они использовали математические соотношения, которые связывают энергию излучения Хокинга с квантовой запутанностью между частицами, испущенными на разных стадиях жизни черной дыры. Исходя из предположения, что информация все же должна вернуться во внешнюю Вселенную, ученые разделили эволюцию объекта на несколько этапов.

Три стадии испарения

Первая стадия — обычное хокинговское испарение. На этом этапе черная дыра теряет массу стандартным образом. Когда она становится достаточно легкой, в дело вступают эффекты квантовой гравитации, полной теории которой пока не существует. Затем наступает «фаза очистки»: накопленная квантовая информация начинает постепенно высвобождаться.

Этот процесс не может быть мгновенным. Используя законы сохранения энергии и требования квантовой механики, исследователи вычислили минимальное время, необходимое для полной «очистки» запутанности. Оценка показала, что заключительная фаза может длиться гораздо дольше, чем весь период обычного испарения.

Экзотические сценарии и белые дыры

Физики рассмотрели и еще более необычный вариант. Если остаток черной дыры окажется необычайно стабильным, его время жизни может стать колоссальным — на порядки превышающим возраст Вселенной. При этом математические свойства предложенного решения напоминают характеристики так называемой белой дыры — гипотетического объекта, который выбрасывает вещество и энергию наружу.

Авторы предположили, что финальная стадия испарения может соответствовать переходу черной дыры в такое состояние. Однако белые дыры никогда не наблюдались, и их существование не подтверждено астрономическими данными. Сама работа не предлагает способов проверки.

Пока результаты стоит рассматривать как математическое исследование ограничений, которые квантовая механика накладывает на жизнь черных дыр — но только если информация действительно сохраняется. Для физиков такие расчеты важны, поскольку помогают понять, какими свойствами должна обладать будущая теория квантовой гравитации. Говорить же о том, что черные дыры реально превращаются в белые или оставляют после себя долгоживущие остатки, пока преждевременно.